Question

如圖，某園林單位準(zhǔn)備綠化一塊直徑為BC的半圓形空地，△ABC的外面種草，△ABC的內(nèi)接正方形PQRS為一水池，其余的地方種花，若BC=a，∠ABC=θ，設(shè)△ABC的面積為S₁，正方形的面積為S₂．
（1）用a，θ表示S₁和S₂；
（2）當(dāng)a固定，θ變化時(shí)，求

S1

S2

取最小值時(shí)的角．

Answer 1

分析：（1）據(jù)題知三角形ABC為直角三角形，根據(jù)三角函數(shù)分別求出AC和AB，求出三角形ABC的面積S₁；設(shè)正方形PQRS的邊長(zhǎng)為x，利用三角函數(shù)分別表示出BQ和RC，利用BQ+QR+RC=a列出方程求出x，算出S₂；
（2）由比值

S1

S2

稱(chēng)為“規(guī)劃合理度”，可設(shè)t=sin2θ來(lái)化簡(jiǎn)求出S₁與S₂的比值，利用三角函數(shù)的增減性求出比值的最小值即可求出此時(shí)的θ．

解答：解：（1）在Rt△ABC中，AB=acosθ，AC=asinθ，
S1=

1

2

AB•AC=

1

2

a2sinθcosθ（3分）
設(shè)正方形的邊長(zhǎng)為x則 BP=

x

sinθ

，AP=xcosθ，
由BP+AP=AB，得

x

sinθ

+xcosθ=acosθ，故 x=

asinθcosθ

1+sinθcosθ

所以 S2=x2=(

asinθcosθ

1+sinθcosθ

)2（6分）
（2）

S1

S2

=

1

2

•

(1+sinθcosθ)2

sinθcosθ

=

(1+ 1 2 sin2θ)2

sin2θ

=

1

sin2θ

+

1

4

sin2θ+1，（8分）
令t=sin2θ，因?yàn)?0＜θ＜

π

2

，
所以0＜2θ＜π，則t=sin2θ∈（0，1]（10分）
所以

S1

S2

=

1

t

+

1

4

t+1=g(t)，g′(t)=-

1

t2

+

1

4

＜0，
所以函數(shù)g（t）在（0，1]上遞減，（11分）
因此當(dāng)t=1時(shí)g（t）有最小值 g(t)min=g(1)=

9

4

，
此時(shí) sin2θ=1，θ=

π

4

所以當(dāng) θ=

π

4

時(shí)，“規(guī)劃合理度”最小，最小值為

9

4

．（12分）

點(diǎn)評(píng)：考查學(xué)生會(huì)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題選擇合適的函數(shù)關(guān)系的能力，以及在實(shí)際問(wèn)題中建立三角函數(shù)模型的能力．